천문학자들은 같은 하늘도 어떤 파장의 빛으로 보느냐에 따라 전혀 다른 모습을 발견한다. 자외선은 젊은 별 주변의 먼지와 별 폭발 뒤에 남은 고리 같은 구조를 보여주지만, 관측 자료가 부족해 하늘 전체를 담은 지도는 없었다. 존스홉킨스대학교 천체물리학자이자 Anthropic 연구자인 브라이스 메나르는 Claude Science와 함께 여러 자외선 관측 자료를 모으고 빈 영역을 추정해 첫 완전한 자외선 하늘 지도를 만들었다. 이 지도는 관측값과 추정값을 구분하고 추정의 불확실성도 제공한다.
파장마다 달라지는 은하의 풍경
가시광선에서는 주로 별이 보이고, 적외선에서는 은하수 띠를 따라 모인 미세한 먼지 알갱이의 빛이 드러난다. 전파 관측은 별과 먼지 대신 새로운 별의 재료인 수소 기체를 보여주며, 엑스선은 별의 폭발이나 블랙홀 주위로 물질이 소용돌이치는 격렬한 현상을 포착한다. 이런 관측을 함께 살피면 기체가 별로 뭉치는 과정, 별이 은하에 먼지를 퍼뜨리는 과정, 은하가 형성되는 과정을 이해할 수 있다. 자외선은 특히 밝은 별빛에 비친 먼지를 보여주지만, 기존 지도에는 관측되지 않은 구역이 많았다.
관측 자료만으로는 채울 수 없던 하늘
자외선은 지구 대기의 오존층에 흡수되므로 우주에서 관측해야 한다. 지난 50년 동안 여러 우주 망원경이 하늘 일부를 촬영했지만, 관측되지 않은 영역은 여전히 남았다. 가장 큰 자료는 2003년부터 2013년까지 운영된 NASA의 GALEX 임무에서 나왔다. GALEX는 약 3분의 2에 해당하는 하늘을 약 3만 8,000회 관측했지만, 검출기가 손상될 위험 때문에 은하수가 지나는 면과 밝은 별 주변은 의도적으로 피했다.
다른 망원경의 자료를 더해도 빈틈은 사라지지 않았다. 누락된 값을 통계적으로 추정할 방법은 있었지만, 픽셀 단위의 세밀한 보정과 반복 분석에 몇 주씩 걸리는 작업이었다. 그래서 중요하지만 우선순위가 낮은 교육용 지도나 연구 자료는 오랫동안 미뤄지곤 했다. 이번 작업은 이런 반복적인 자료 정리를 Claude와 함께 진행할 수 있음을 보여줬다.
서로 다른 관측을 하나의 기준으로 맞추다
메나르는 Claude Science에 공개된 자외선 조사 자료를 모으고, 같은 기준으로 보정해 하나의 지도에 합치도록 요청했다. Claude는 여러 AI 에이전트를 조율해 자료를 찾고 내려받았으며, 각 조사 자료가 촬영 시점과 조건이 달라도 서로 비교될 수 있도록 일관성을 맞췄다. 특히 밝은 별 주변의 번짐을 제거해야 희미한 자외선 빛을 정확히 측정할 수 있었다. 각 망원경과 기기는 조금씩 다른 방식으로 하늘을 기록했기 때문에, 자료를 교차 보정하고 해상도와 좌표계를 통일한 뒤에야 합칠 수 있었다.
관측되지 않은 3분의 1을 추정하다
하늘의 약 3분의 1은 자외선으로 관측된 적이 없었다. 이를 채우기 위해 사용한 인페인팅은 주변 정보와 학습된 패턴을 바탕으로 이미지의 손상되거나 비어 있는 부분을 복원하는 기법이다. Claude는 이미 관측된 하늘에서 자외선 밝기와 가시광선·적외선·전파 자료의 관계를 학습한 뒤, 그 관계를 미관측 영역에 적용했다. 그 결과 각 지점의 예상 밝기뿐 아니라 그 추정에 대한 확신 정도도 계산했다.
예측 성능을 확인하기 위해 이미 자외선 자료가 있는 구역의 일부를 가리고, 모델이 보지 못한 값을 복원하게 했다. 여러 차례 다듬은 뒤 예측값은 실제 자외선 측정값에서 약 10% 이내로 들어왔고, 육안으로는 차이가 거의 느껴지지 않았다. 여기에 유럽우주국 Gaia 위성의 가시광선 측정으로 파악한 1억 개가 넘는 개별 별의 자외선 추정치도 더했다.
오류를 찾아 고치며 완성도를 높이다
첫 결과가 완벽했던 것은 아니다. 희미한 관측 구역에서 원형 자국이 발견됐는데, 이는 GALEX가 하늘을 원형으로 촬영한 개별 관측의 흔적이었다. 각 이미지에는 지구 대기에서 비롯된 약한 자외선 빛이 고르게 제거되지 않고 남아 있었고, 그 잔광 때문에 원들이 주변보다 밝거나 어둡게 나타났다. 문제는 시작 단계에서 알려져 있었지만, 다른 에이전트의 두 차례 검토에서도 걸러지지 않았다.
메나르가 원형 흔적을 지적하자 에이전트들은 원인을 찾아 3만 8,000개 관측 전체의 대기 잔광을 보정했다. 몇 시간의 처리 뒤 원형 자국은 사라졌다. 두 사람은 며칠 동안 12개가 넘는 판본을 거듭 만들며 지도를 개선했다. 메나르가 다음 작업을 계획하면 Claude가 계산을 수행하는 방식으로 협업이 이어졌다.
정리
완성된 지도에는 젊은 별 주변에서 빛나는 먼지 구름, 무거운 별의 폭발이 만든 거대한 먼지 고리와 기체 거품의 흔적이 담겼다. 은하수 면에서 멀리 떨어진 곳에는 은하 전체의 별빛을 받아 희미하게 빛나는 먼지 실타래가 보이고, 은하수 아래쪽에는 젊은 별이 많은 대마젤란은하와 소마젤란은하가 자리한다. 관측값과 모델의 추정값을 구별하고 불확실성까지 표시한 이 지도는 학생들이 은하의 다양한 물리 과정을 살펴볼 교육 자료가 될 수 있다. 메나르는 이런 지도가 연구 시간을 희생해야만 가능한 작업이 아니게 된 점에도 의미를 둔다.